DE2844912A1 - Workpiece dimension and speed measurement - using optical system with laser diode multiple slit aperture, and analyser - Google Patents
Workpiece dimension and speed measurement - using optical system with laser diode multiple slit aperture, and analyserInfo
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Abstract
Description
Einrichtung und Verfahren zur Bestimmung der AbmaßeDevice and procedure for determining the dimensions
und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils Stand der Technik Es sind optische Prüfeinrichtungen bekannt, bei denen zwischen Lichtquelle und lichtempfindlichem Sensor ein Teil, nachfolgend Werkstück genannt, durchgeführt wird, wobei zwischen Lichtquelle und Werkstück eine Konturenblende eingefügt ist, die die Kontur des zu prüfenden Werkstücks aufweist. Entspricht nun das Werkstück der Kontur, geht der Lichteinfall im Sensor fast ganz zurück und das Werkstück wird identifiziert. Weist das Werkstück eine andere Kontur auf, wird es als fehlerhaft erkannt. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß für jedes Werkstück eine gesonderte Kontur erforderlich ist, die jeweils ausgewechselt werden muß. Diese Einrichtungen eignen sich jedoch nicht zur Bestimmung der Abmaße, wie z.B. der Bestimmung der Länge eines bestimmten Werkstücks. Ebenso wenig ist die Bestimmung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Werkstücks möglich.and / or the speed of a moving part Technology There are optical test devices are known in which between light source and light-sensitive sensor a part, hereinafter referred to as the workpiece, performed with a contour screen inserted between the light source and the workpiece, which has the contour of the workpiece to be tested. Now corresponds to the workpiece the contour, the incidence of light in the sensor is almost completely reduced and the workpiece becomes identified. Know that Workpiece has a different contour recognized it as faulty. This device has the disadvantage that for each workpiece a separate contour is required, which must be replaced in each case. These However, facilities are not suitable for determining the dimensions, such as the determination the length of a particular workpiece. Neither is the determination of the speed of a moving workpiece.
Bei automatischer Zuführung von Werkstücken, z.B. mittels Schwingförderer oder anderen Transportmitteln, besteht jedoch oft das Problem, die Länge und/oder die Geschwindigkeit des Werkstücks während des Transportes zu messen.With automatic feeding of workpieces, e.g. by means of a vibratory conveyor or other means of transport, the problem is often the length and / or measure the speed of the workpiece during transport.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei konturenunabhängiger Blende die Maße eines Teils, z.B. die Länge eines Werkstücks, während einer Transportbewegung gemessen werden kann. Hierdurch wird die Aussortierung von Werkstücken mit unterschiedlicher Länge ermöglicht. Die Einrichtung ermöglicht weiterhin die Ermittlung der Transportgeschwindigkeit eines Teils, wobei lediglich als Voraussetzung eine konstante Transportgeschwindigkeit während der Meßphase gefordert wird, nicht jedoch die gleiche Transportgeschwindigkeit von einem zum anderen Werkstück. Während des Meßvorgangs braucht die Lage des Werkstücks nicht genau definiert zu sein, d. h. Abweichungen in Richtung eines Lichtstrahles und senkrecht zum Lichtstrahl sind erlaubt. Bei der Ermittlung der Länge eines Werkstücks kann der Durchmesser weitgehend beliebig sein. Bei der Ermittlung der Geschwindigkeit von sich bewegenden Teilen, insbesondere von Maschinenteilen, Werkstücken, Förderern, Paletten oder dergleichen kann diese zu Steuerungsaufgaben eingesetzt werden. Als weiterer Vorteil sei schließlich noch anzusehen, daß eine Umrüstung der Einrichtung bei verschiedenen Bauelementen nicht nötig ist, wodurch sich das Gerät für eine Vielzahl von verschiedenen Werkstücken eignet. Eine wirtschaftliche, d.h. schnell, einfache und billige Arbeitsweise ist durch das verschleißfest, berührungslos arbeitende Gerät gewährleistet.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that with contour-independent Hide the dimensions of a part, e.g. the length of a workpiece, during a transport movement can be measured. This makes the sorting out of workpieces with different Length allows. The device also enables the transport speed to be determined of a part, with a constant transport speed only as a prerequisite is required during the measuring phase, but not the same transport speed from one workpiece to another. The position of the workpiece needs during the measuring process not to be well defined, d. H. Deviations in the direction of a light beam and perpendicular to the light beam are allowed. When determining the length of a workpiece the diameter can be largely arbitrary. When determining the speed of moving parts, in particular of machine parts, workpieces, Conveyors, pallets or the like can be used for control tasks will. Finally, a further advantage is to be seen in the fact that retrofitting the setup is not necessary for various components, which means that the Device suitable for a variety of different workpieces. An economic, i.e. fast, easy and cheap way of working is wear-resistant and non-contact thanks to the working device guaranteed.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft sind verschiedene in der Beschreibung genannte Verfahren zur Auswertung der aufgenommenen Impulsform. Dabei ist es günstig, die Auswertung mittels leicht integrierbar aus zuführender Schwellwertschaltungen und Zählereinrichtungen durchzuführen.The measures listed in the subclaims are advantageous Further training and improvements of the facility specified in the main claim possible. Various methods mentioned in the description are particularly advantageous for evaluating the recorded pulse shape. It is beneficial to do the evaluation by means of easily integrating supplying threshold value circuits and counter devices perform.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Einrichtung zur Prüfung von Werkstücken, Fig. 2 Impulsdiagramme mit jeweiliger Lage eines Werkstücks zur Erläuterung der Funktionsweise einer Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 ein Schalt schema zur Ermittlung der Abmaße eines Werkstücks und Fig. 4 ein Schaltschema zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows Fig. 1 a device for testing workpieces, FIG. 2 pulse diagrams with respective Position of a workpiece to explain how a device works Fig. 1, Fig. 3 is a circuit diagram for determining the dimensions of a workpiece and Fig. 4 is a circuit diagram for determining the speed of a moving Part.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist eine Lichtquelle 1 dargestellt, die vorteilhafterweise als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgebildet ist, (Es können aber auch beliebige andere Gebersysteme, wie z.B. induktive Gebersysteme Verwendung finden. )Der Leuchtdiode 1 nachgeschaltet ist eine Schlitzblende 2 mit den öffnungen 8, 9, die ein Lichtband erzeugen. Zur Vokusierung des Lichtes sind die Linsen 3, 6 vorgesehen, welches von einem lichtempfindlichen Sensor 7, der vorzugsweise als Fotodiode oder Fototransistor ausgebildet ist, aufgenommen wird. Selbstverständlich können auch andere lichtempfindliche Bauteile oder auch z.B. induktive Gebersysteme verwendet werden. Das zu messende Werkstück 4 befindet sich zwischen den beiden Linsen 3, 6. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist dem Sensor 7 ein Ist/Sollwert-Vergleichszähler zur Ermittlung der Abmaße eines sich bewegenden Teils nachgeschaltet. Eine vereinfachte Form dieses Ist/Sollwert-Vergleichszählers ist in Fig. 4 dargestellt, welcher zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teiles dient. Der Vergleichs zähler ist wie folgt aufgebaut: Dem Sensor 7 ist eine Verstärkerstufe 10 und dieser zwei parallel geschaltete Schwellwertstufen 11, 12 nachgeschaltet. Ein Ausgang der Schwellwertstufe 11 ist mit dem Starteingang des Zählers 13, der andere mit dem Stopeingang des Zählers 14 verbunden. Ebenso ist ein Ausgang der Schwellwertstufe 12 mit dem Starteingang des Zählers 14, der andere mit dem Stopeingang des Zählers 13 verbunden. Den Binärausgängen der Zähler 13, 14 ist eine Dividierstufe 15 und dieser eine Ist/Sollwert-Vergleichsstufe 16 nachgeschaltet, wobei durch die Sollwert-Vorgabe 17 die gut-schlecht-Teilermittlung 18 erfolgt. Je nach Betriebsweise des Gerätes werden die Zähler 13, 14 an ihrem Takteingang 24 durch ein pulsierendes Gebersystem 1, 7 oder durch einen nachgeschalteten Oszillator 19 getaktet. Eine Dividierstufe 15 ist z.B. als Bauteil CD 4527 B (RCA) im Handel erhältlich; eine Ist/Sollwert-Vergleichsstufe 16 kann z.B. als digitaler Komparator (MC 14585, Motorola) ausgebildet sein, dem der Sollwert - vorzugsweise durch feste Verdrahtung - über Schalter zuführbar ist.Description of the Embodiments In Fig. 1 there is a light source 1 shown, which is advantageously designed as a light emitting diode or laser diode is, (Any other encoder systems, such as inductive encoder systems, can also be used Find use. ) Downstream of the LED 1 is a slit diaphragm 2 with the openings 8, 9, which generate a band of light. To vocalize the light are the lenses 3, 6 are provided, which is controlled by a light-sensitive sensor 7, which is preferably is designed as a photodiode or phototransistor, is recorded. Of course can also use other light-sensitive components or, for example, inductive encoder systems be used. The workpiece 4 to be measured is located between the two Lenses 3, 6. As shown in FIG. 3, the sensor 7 is an actual / target value comparison counter downstream to determine the dimensions of a moving part. A simplified one The form of this actual / target value comparison counter is shown in FIG Determination of the speed of a moving part is used. The comparison counter is constructed as follows: the sensor 7 is an amplifier stage 10 and this two threshold levels 11, 12 connected in parallel are connected downstream. An exit of the Threshold level 11 is with the start input of the counter 13, the other with the Stop input of the counter 14 connected. There is also an output of the threshold value stage 12 with the start input of the counter 14, the other with the stop input of the counter 13 connected. The binary outputs of the counters 13, 14 are a dividing stage 15 and this is followed by an actual / target value comparison stage 16, whereby by the target value specification 17 the good-bad part determination 18 takes place. Depending on the mode of operation of the device are the counters 13, 14 at their clock input 24 by a pulsating encoder system 1, 7 or clocked by a downstream oscillator 19. A dividing stage 15 is e.g. commercially available as component CD 4527 B (RCA); an actual / target value comparison stage 16 can e.g. be designed as a digital comparator (MC 14585, Motorola), the the setpoint can be supplied via a switch, preferably through permanent wiring.
Das vereinfachte Schaltschema nach Fig. 4 zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils unterscheidet sich von dem nach Fig. 3 durch einen gemeinsamen Zähler 20, dem ein Rechenbaustein 21 und ein Anzeigeausgang 22 nachgeschaltet sind.The simplified circuit diagram according to FIG. 4 for determining the speed of a moving part differs from that of FIG. 3 by a common one Counter 20, which is followed by a computing module 21 and a display output 22.
Die Funktionsweise der Einrichtung ist wie folgt: Der von der Lichtquelle 1 ausgesandte Strahl gelangt über eine Blende 2, welche mit den ca. 0,1 mm breiten Schlitzen 8, 9 versehen ist, über eine Linse 3 zu einem Werkstück 4, das mit konstanter Geschwindigkeit am Lichtstrahl 5 vorbeigerührt wird. Mit einer weiteren Linse 6 wird der Strahl focussiert und auf einen lichtempfindlichen Sensor 7 geleitet. Die Lichtdiode 1 stellt mit dem Schlitz 8 sowie dem Sensor 7 das eine Gebersystem, die Lichtdiode 1 mit dem Schlitz 9 und dem Sensor 7 das andere Gebersystem dar. Statt einer Lichtdiode 1 einer Blende mit zwei Schlitzen 8, 9 und einem Sensor 7 könnte jedoch auch eine doppelte Lichtquelle mit mindestens einem Sensor Anwendung finden. Ebenso möglich wäre ein induktives Gebersystem denkbar, wobei das zu messende Werkstück 4 eine Induktivitätsänderung im magnetischen Feld bewirken würde.The functioning of the device is as follows: That of the light source 1 emitted beam passes through a diaphragm 2, which is approx. 0.1 mm wide Slits 8, 9 is provided, via a lens 3 to a workpiece 4, which is with constant Speed is moved past the light beam 5. With another lens 6 the beam is focused and directed to a light-sensitive sensor 7. the Light-emitting diode 1, with the slot 8 and the sensor 7, is the one transmitter system that Light diode 1 with the slot 9 and the sensor 7 represent the other transmitter system. Instead a light diode 1 of a diaphragm with two slots 8, 9 and a sensor 7 could however, a double light source with at least one sensor can also be used. An inductive encoder system would also be conceivable, with the workpiece to be measured 4 would cause a change in inductance in the magnetic field.
In Fig. 2 sind die einzelnen Zustände für die Ermittlung der Abmaße und/oder der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teils dargestellt: Das Werkstück passiert die zwei Lichtbänder 8, 9 nacheinander. Beim Passieren des Schlitzes 8 der Blende 2 erzeugt der Sensor 7 einen Spannungsabfall U1. Auf diesen Spannungsabfall reagiert die Schwellwertstufe 11, welche auf den Pegel 1 eingestellt ist, worauf der Zähler 13 eine Impuls zählung vornimmt. Diese Impuls zählung kann auf verschiedene Arten erfolgen: Die Lichtdiode 1 sendet pulsierendes Licht aus, welches vom Sensor 7 aufgenommen wird, und über eine Leitung 23 direkt dem Takteingang 24 eines Zählers zugeführt wird. Eine andere Möglichkeit stellt die Aussendung von gleichförmigen Licht dar, welches durch einen Oszillator 19 ebenfalls auf den Takteingang 24 eines Zählers gebracht wird. Bewegt sich das Teil 4 somit über den Schlitz 8 der Blende 2 (Zustand a in Fig. 2) beginnt der Zähler 13 einen Impulszählvorgang. Beim Überqueren des weiteren Schlitzes 9 der Blende 2 (Zustand b in Fig. 2) tritt der weitere Spannungsabfall U2 auf, wodurch beim Überschreiten des zugehörigen Pegels 2 die Schwellwertstufe 12 den Zähler 14 einschaltet und gleichzeitig der Zählvorgang im Zähler 13 beendet wird. Der Zähler 14 zählt die Anzahl der Impulse bis das Werkstück 4 den zweiten Schlitz 9 der Blende 2 passiert hat, d.h. bis der Pegel 1 wieder überschritten wird (Zustand d in Fig. 2). Der Schwellwertschalter 11 schaltet über die Leitung 25 bei Überschreitung des Pegel 1 den Zähler 14 ab. Nach Beendigung des Zählvorganges enthält der Zähler 13 eine Impulsanzahl nl, der Zähler 14eine Impulsanzahl n2. Die Berechnung z.B. der Länge des Werkstückteils 4 sowie der Geschwindigkeit geschieht dann wie folgt, wobei n = Anzahl der Impulse zwischen Pegel 1 und 2 f = Pulsfrequenz s = konstant = Weg zwischen den "Lichtbändern" 1 = Werkstücklänge ist: Die Anzahl n der Impulse zwischen den beiden Schaltpegeln P1 und P2 wird erfaßt und ergibt die Zeit t.2 shows the individual states for determining the dimensions and / or the speed of a moving part: the workpiece passes the two light strips 8, 9 one after the other. When passing the Slot 8 of the diaphragm 2, the sensor 7 generates a voltage drop U1. On this voltage drop the threshold level 11, which is set to level 1, reacts to which the counter 13 makes a pulse count. This pulse counting can be different Types take place: The light diode 1 emits pulsating light, which from the sensor 7 is recorded, and via a line 23 directly to the clock input 24 of a counter is fed. Another possibility is the emission of uniform Light, which by an oscillator 19 also on the clock input 24 of a Counter is brought. If the part 4 thus moves over the slot 8 of the diaphragm 2 (state a in FIG. 2) the counter 13 starts a pulse counting process. When crossing of the further slot 9 of the diaphragm 2 (state b in FIG. 2) the further voltage drop occurs U2, which causes the threshold level when the associated level 2 is exceeded 12 switches on the counter 14 and at the same time the counting process in the counter 13 is ended will. The counter 14 counts the number of pulses up to the workpiece 4 the second Has passed slit 9 of aperture 2, i.e. until level 1 is exceeded again (State d in Fig. 2). The threshold switch 11 switches on via the line 25 Exceeding the level 1 from the counter 14. Contains after completion of the counting process the counter 13 a pulse number nl, the counter 14 a pulse number n2. The calculation e.g. the length of the workpiece part 4 as well as the speed then happens as follows, where n = number of pulses between level 1 and 2 f = pulse frequency s = constant = path between the "light bands" 1 = workpiece length is: The number n the pulse between the two switching levels P1 and P2 is detected and results in the Time t.
t = f (1) Die Werkstücklänge ermittelt sich wie folgt: 1 = v . t (2) Die Geschwindigkeit v ermittelt sich aus: s v = tl wobei ist; hieraus folgt Die Zeit t , in welcher das Werkstück 4 z.B. den Schlitz 9 der Blende 2 passiert (Zustand b bis d in Fig. 2) ermittelt sich aus: Setzt-man Gleichung 3 und 4 in Gleichung 2 so folgt für die Länge und hieraus Zur Steigerung der Genauigkeit und bei starken Schwankungen der Geschwindigkeit können zwei Messungen von v durchgeführt werden: v = v1 2v2 wobei sich vl aus n und v2 aus n3 er-1 nd v2 a 3 gibt.t = f (1) The workpiece length is determined as follows: 1 = v. t (2) The speed v is determined from: sv = tl where is; it follows from this The time t in which the workpiece 4 passes, for example, the slot 9 of the diaphragm 2 (state b to d in FIG. 2) is determined from: If you put equations 3 and 4 in equation 2, then for the length it follows and from here To increase the accuracy and in the case of strong fluctuations in the speed, two measurements of v can be carried out: v = v1 2v2 where vl results from n and v2 from n3 er-1 and v2 a 3.
Der Zähler 1 ermittelt somit die Anzahl der Impulse nl, der Zähler 2 die Anzahl der Impulse n2, wobei n1 die Anzahl der Impulse darstellt, die zwischen dem Passieren des Schlitzes 8 bis zum Schlitz 9 gezählt werden, d.h.The counter 1 thus determines the number of pulses nl, the counter 2 is the number of pulses n2, where n1 is the number of pulses that occur between the passage of the slot 8 up to the slot 9 can be counted, i.e.
die Anzahl der Impulse während das Teil 4 die Strecke s zurücklegt. Der Zähler 2 zählt die Anzahl der Impulse vom Durchschreiten des Pegels 2 bis zum Wiederdurchschreiten des Pegels 1 (Zustand b bis d in Fig. 2); dies entspricht einer zurückgelegten Strecke ensprechend der Länge des Werkstückteils 4.the number of pulses while the part 4 covers the distance s. The counter 2 counts the number of pulses from the crossing of level 2 to Crossing level 1 again (state b to d in FIG. 2); this corresponds to a distance covered corresponding to the length of the workpiece part 4.
In der Dividierstufe 15 erfolgt der Dividiervorgang n2 dividiert durch nl multipliziert mit dem konstanten Faktor s, woraus sich die Länge des Werkstücks 1 ergibt.In the dividing stage 15, the dividing process takes place n2 divided by nl multiplied by the constant factor s, resulting in the length of the workpiece 1 results.
(Siehe Formel 6) In der Ist-Sollwert-Vergleichsstufe 16 wird dieser Wert mit der eingegebenen Sollwertvorgabe 17 verglichen, und als Gut-oder Schlechtteil im Anzeiger 18 wiedergegeben.(See formula 6) In the actual target value comparison stage 16, this is The value is compared with the input target value specification 17, and as a good or bad part reproduced in the display 18.
Die Ermittlung der Geschwindigkeit nach dem Schaltschema gemäß Fig. 4 geschieht wie folgt: Nach Gleichung 3 gilt v = s.f hieraus folgt, daß lediglich die n1 Impulsanzahl durch einen Zähler 20 ermittelt werden muß. Ein Rechenbaustein 21 führt die Rechenoperation gemäß Gleichung 3 aus und eine Anzeigevorrichtung 22 gibt die ermittelte Geschwindigkeit wieder. Die gemessene Geschwindigkeit kann entweder abgelesen oder für weitere Steuerungsaufgaben eingesetzt werden.The determination of the speed according to the switching scheme according to Fig. 4 happens as follows: According to equation 3, v = s.f from this it follows that only the n1 number of pulses must be determined by a counter 20. A computing module 21 performs the arithmetic operation according to Equation 3 and a display device 22 shows the determined speed. The measured speed can be either can be read or used for other control tasks.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 3 kann anstelle der direkten Steuerung der Zähler 13, 14 durch die Gebersignale selbstverständlich auch eine indirekte Steuerung über den Oszillator 19 erfolgen. Ferner kann auch eine Steuerung des Anzeigers 18 durch die Gebersignale so vorgesehen werden, daß das Ausgangssignal während der Zählvorgänge gesperrt ist.In the circuit according to FIG. 3, instead of direct control the counter 13, 14 of course also an indirect one through the encoder signals Control via the oscillator 19 takes place. Furthermore, a control of the indicator 18 are provided by the encoder signals that the output signal during the Counting is blocked.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01B 11/04 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |